塔里木河流域干旱区地下水生态调节与监测预警分析

2020-04-08王建宏

河南水利与南水北调 2020年2期

王建宏

（新疆维吾尔自治区塔里木河流域干流管理局）

1 研究区域概况

塔里木河是我国最大的内陆河，河水极其不稳定。塔里木河流域位于新疆南部地处欧亚大陆腹地，是迄今为止是世界上最大的内陆河流域，也是我国典型的干旱荒漠区。塔里木河流域位于天山山脉与昆仑山脉中间，东西长约1 100 km，南北宽约600 km，“四源一干”流域面积23.62万km2，包含国外面积在内塔里木河总流域共102.70万km2。塔里木河干流长度1 321 km，总长2 437 km。塔里木河流域平原地下水总量182 亿m3，“四源一干”流域地下水总量147.40 亿m3。塔里木河流域水资源分区地下水资源量见表1。

表1 塔里木河流域地下水资源情况表（亿k3）

塔里木河干流共设置48个监测井（8个断面），实时监测地下水流动态及水位变化情况，文章为研究塔里木河流域干旱区地下水生态调节与监测预警情况，在塔里木河干流上游（阿拉尔、新渠满）、中游（英巴扎）、下游（恰拉、阿拉干）选择31 个监测井共5个监测断面对塔里木河干流的地下水情况进行监测。

2 塔里木河流域干旱区地下水和生态环境响应关系

流域干旱区地下水和生态环境关系密切，由于地下水资源的存在，具有较好的调蓄能力，能够在不同时期发挥良好的调节作用。在枯水期，降雨量较少，地表水资源较少，这时适当增加地下水资源的开采，从而有效弥补地表水资源的不足，有效补充地表用水。在丰水期，降雨量较多，地表水资源较为丰富，地表水进行微循环向地层深处渗透从而有效补充地下水，这个时期的地下水开采较少，地下水位逐渐上升。地下水资源的开采及储存，符合生态平衡规律，可以进行有效的生态调节。在地下水开采及存储时，地下水水位会发生明显变化，水位的变化将会对地表植物生长产生直接影响，所以流域内地下水资源和生态环境呈现出响应关系。

2.1 地下水和生态环境主要关系

研究发现流域干旱区地下水水位及水质优劣对流域干旱区植被的生长、土地沙漠化治理有重要关系。本研究根据塔里木河流域的地质及生态环境特点，对地下水生态调节情况进行深入研究，主要研究内容包括：地下水和土壤湿度之间的关系；地下水和怪柳、胡杨、草甸植被等植物生长发育的关系；地下水埋深和土壤沙漠化之间的关系。依据邓铭江、陈亚宁等专家对塔里木河流域相关的研究成果，对上述研究内容进行实地分析研究，表明地下水和生态环境呈现如下响应关系。

地下水和土壤湿度之间的关系，塔里木河流域干旱区植物主要依靠地下水生存，地下水的供给主要依靠毛管压力作用使水分保持在土壤孔隙中以供植物生长发育。当地下水埋深在4 m位置时，这时的土壤含水量可以达到17%，地层毛管水持水量可以达到70.80%，这时地下水埋深较高，土壤湿度较大，是适宜植物生存；当地下水埋深在4.50～6.50 m 范围时，这时的土壤含水量在12.90%～10.70%之间，毛管压力不够，毛管水在土壤孔隙中含水量较少，植物水分吸收量较少，导致植物生长发育不良；当地下水埋深在7m以下位置时，这时的土壤含水量仅为9.80%，地层没有毛管水，植物严重缺水，无法生长。

地下水和怪柳生长发育关系，对塔里木河流域干旱区怪柳的生长环境进行调查发现，当地下水埋深在3 m 位置以内时，有43%的怪柳可以生长；当地下水埋深在5 m 位置以内时，有83.40%的怪柳可以生长，综合分析之后确定，地下水埋深5 m为怪柳种群生长的胁迫深度。

地下水和胡杨生长发育关系，对塔里木河流域干旱区胡杨的生长环境进行调查发现，当地下水埋深在4.50 m 位置以内时，胡杨生长最快，树径每年可生长0.59～0.57 cm；当地下水埋深在4.50～6.00 m 范围时，胡杨生长较慢，树径每年可生长0.24～0.14 cm；当地下水埋深在6 m 以下位置时，胡杨基本停止生长，树径每年生长量约0.08 cm。

地下水和草甸植被生长发育关系，对塔里木河流域干旱区草甸植被的生长环境进行调查发现，随着地下水埋深增加，草甸植被的生长越来越慢，当地下水埋深在3.50 m以下位置时，草甸植被停止生长，综合分析发现，草甸植被的根系较短，当地下水埋深较深时，土壤缝隙中含水量较少，草甸植物吸收困难，生产力也逐渐下降，所以地下水埋深3.50 m为草甸植物种群生长的胁迫深度。

地下水埋深和土壤沙漠化之间的关系，未沙漠化土壤的地下水埋深在3.40～4.30 m范围时，土壤每年的潜在沙漠化程度为4.14～4.61 m，土壤每年轻度沙漠化程度为5.56～6.14 m，土壤每年中重度沙漠化程度为6.73～7.47 m，土壤每年极度沙漠化程度为7.61～8.13 m。

2.2 流域干旱区的合理生态水位

对地下水、土壤含水量、植物生长、土壤沙漠化等进行定量关系研究，将塔里木河流域干旱区地下水分为五种类型水位。①地下水埋深在1 m以内或季节性的地表积水为沼泽化水位，这个时期土壤处于长期渍水阶段，地表土壤形成灰蓝色潜育层，处于还原状态，土壤植物生长会受到较大影响，同时水资源蒸散耗水量较大。②地下水埋深在1.00～2.00 m 范围内为盐渍化水位，地下水通过毛管压力作用使水分保持在土壤孔隙中，增加土壤湿度，植物有较好的生长环境，这个时期虽然土壤不会沙漠化，由于光照作用，地表水分蒸发导致土壤中盐含量增加，土壤容易发生盐渍化，植物生长也会受到严重影响，同时潜水层水分蒸发量较大，造成一定水资源浪费。③地下水埋深在2.00～4.00 m范围内为适宜地下水位，这个水位形成的毛管水可以满足各种植物的生长需求，同时潜水层的水分蒸发较少，植物吸收利用率较高，几乎不会发生盐渍化，土壤沙漠化程度也比较低。④地下水埋深在4.00～6.00 m 范围内为警戒地下水位，这时毛管水发生断裂，地表潜水层水分停止蒸发，上部土壤发生干裂，根系较浅植物无法生长，乔灌木等根系较深植物可以缓慢吸收深处地下水，可以耐受度过干旱期，但这些乔灌木植物生长几乎停滞，呈现出长势不良现象，同时土壤存在较高是沙漠化危险。⑤当地下水埋深在8 m 以下位置为沙漠化地下水位，土壤剖面干燥，植物生长困难，导致植物大面积干枯死亡，地面逐渐裸露、风化，土壤呈现荒漠化。

综合上述研究，依据塔里木河流域干旱区地下水及植物生长生态特点，将地下水埋深在2.00～4.00 m范围内为合理生态水位，并以此为标准对地下水资源进行调控。

3 地下水埋深和生态监测预警

塔里木河流域干旱区地下水的埋深将对生态环境造成之间影响，该研究在塔里木河干流上游（阿拉尔、新渠满）、中游（英巴扎）、下游（恰拉、阿拉干）选择31个监测井共5个监测断面对塔里木河干流的地下水情况进行实时监测。阿拉尔、新渠满、英巴扎、恰拉、阿拉干等断面的地下水埋深变化图见图1～图5。

从上述数据可以看出上游（阿拉尔、新渠满）地下水埋深最低时最早出现在7月份，8月份时到达峰值，中下游（英巴扎、恰拉、阿拉干）地下水埋深最低时最早出现在8-9月份，10月份时到达峰值。分析阿拉尔断面、英巴扎断面地下水埋深变化，根据塔里木河流域干旱区的合理生态水位2.00～4.00界定值，可以判断阿拉尔断面及英巴扎断面属于地下水较丰富的优良生态环境区域。分析新渠满断面地下水埋深变化，可以看出新渠满的地下水位较高（＜2.00 m），特别在降雨量较多的7-9月份，易形成沼泽化水位及盐渍化水位，对植物生长会产生不利影响，因此需要一定的水资源管控，可形成良好生态环境区域。分析恰拉断面地下水埋深变化，上半年由于出现故障意外没有试验分析数据，分析后半年数据发现，恰拉断面地下水埋深接近警戒地下水位（4.00～6.00 m），但植物可以生长，属于良好生态环境区域。分析阿拉干断面地下水埋深变化，发现其地下水埋深较深，处于沙漠化地下水位（＞8 m），土壤剖面干裂，土壤仅有薄膜水，植物无法吸收，呈现出大面积干枯，地面逐渐裸露，出现荒漠景观，对此情况需要进行人工治理干预，以保护生态环境。